(57)【要約】【課題】  鋳造されたホイール素材からサイドゲートを容易に除去することができる車両用ホイールの製造方法を提供する。【解決手段】  少なくともリム部成形キャビティ１２に設けたサイドゲート１６ａ、１６ｂから注湯することによりリム部２２とディスク部２１を有するホイール素材２０を鋳造し、ホイール素材２０からサイドゲート部２６ａ、２６ｂを含む非製品部を除去する車両用ホイールの製造方法において、サイドゲート部２６ａ、２６ｂのうちリム部２２の近傍に、リブ部２２の幅方向に沿って例えば直線状の切り欠け部２７ａ、２７ｂを設ける。【選択図】        図１
2005046904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともリム部成形キャビティに隣接して設けたサイドゲートから成形キャビティ内に注湯することによりリム部とディスク部を有する軽合金製ホイール素材を鋳造し、前記素材からサイドゲート部を含む非製品部を除去する車両用ホイールの製造方法において、前記サイドゲート部の前記リム部の近傍に、前記リム部の幅方向に沿って切り欠き部を形成することを特徴とする車両用ホイールの製造方法。
【請求項２】
前記切り欠き部は直線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用ホイールの製造方法。
【請求項３】
前記切り欠き部は前記サイドゲート部の両面に形成されると共に、平面からみて前記切り欠き部は前記リム部表面から１０ｍｍ以内だけ離間した位置に形成され、かつ前記切り欠き部間の距離は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の距離に設定されていることを特徴とする請求項２記載の車両用ホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばサイドゲートを有する低圧鋳造装置により、全体がアルミニウム合金等の軽合金で形成された車両用ホイールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、例えば乗用車に装着されている車両用ホイールとしては、車体を軽量化するために、全体がアルミニウム合金に代表される軽合金で形成され、例えば低圧鋳造の手法により製造されたアルミホイールが使用されている。アルミホイールは、タイヤが装着されるリム部と車軸に装着されるディスク部と両者を結合するスポーク部から構成されている。このアルミホイールの鋳造方法としては、種々の方法が実用化されているが、最近は、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されているサイドゲートを含むマルチゲートから注湯する鋳造方法が実用化されている。特許文献１には、ディスク部を形成するキャビティの中心部に設けた湯口と、リム部を形成するキャビティの両端部の間であって下端部寄りにかつ対称位置に２つの湯口を設けて、各湯口から注湯することが記載されている。特許文献２には、スポーク部成形空間とディスク部成形空間とに注湯後、リム部成形空間注湯することが記載されている。この鋳造方法によれば、ディスク部を薄くしかつリム部からディスク部に向う指向性凝固を行うので、軽量化したホイールが得られるという利点がある。各ゲートから注湯することによりリム部とディスク部を有するホイール素材を鋳造し、この素材からサイドゲート部を含む非製品部を除去した後に所定寸法に加工することなどにより最終製品が得られる。ホイール素材からのサイドゲートの除去方法としては、例えばサイドゲートをリムから切り取り、次いで切り取り時にリムに生じた歪を除去するための熱処理を行うことが行われている。また鋳造された素材から非製品部を容易に除去するために、ゲート（堰）の断面積を狭くすることが提案されている。例えば特許文献３には、鋳型内に形成されるキャビティと押湯との連絡部分は多孔質耐火物にて形成し、かつ連絡口の面積を縮小することが記載されている。特許文献４には、エアシリンダのピストンロッド先端に取付けたハンマーを、鋳物の湯口・湯道・押湯・堰などの製品方案部の一部に衝突させ、その衝撃力により製品方案部を堰の部分から破断して製品と分離する堰折り装置が記載されており、分離を容易に行うために、堰の部分に切り込みを設けることが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２５４７６６号（第３−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２８７０１４号（第２−３頁、図１）
【特許文献３】特開平４−４１０４３号（第２頁、図１）
【特許文献４】実開平５−５２６３号（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に記載された鋳造用金型構造では、サイドゲートの除去に手間が掛かり、生産性が低下するという問題がある。そこでサイドゲートとリムとの連結部を特許文献３及び特許文献４に記載されたような形状とすることが考えられるが、この連結部（堰）の面積を狭くするあるいは切り欠きを設けるだけでは、堰の痕跡が残りその削除が必要となるという問題がある。
【０００４】
従って本発明の目的は、鋳造されたホイール素材からサイドゲートを容易に除去することが可能な車両用ホイールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明においては、リム部成形キャビティに隣接して設けたサイドゲートから成形キャビティ内に注湯することによりリム部とディスク部を有するホイール素材を鋳造し、前記素材から前記サイドゲートを含む非製品部を除去する車両用ホイールの製造方法において、前記サイドゲート部の前記リム部の近傍に、前記リム部の幅方向に伸長する切り欠き部を形成するという技術的手段を採用した。また本発明においては、前記切り欠き部は直線状に形成されていることが好ましく、前記切り欠き部は前記サイドゲート部の両面に形成されると共に、平面からみて前記切り欠き部は前記リム部表面から１０ｍｍ以内だけ離間した位置に形成され、かつ前記切り欠き部間の距離は１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の距離に設定されていることがより好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、サイドゲートの前記リムの近傍に前記リムの幅方向に伸長する切り欠き部が形成されているので、小さな荷重を加えるだけで、サイドゲートとリム部との境界部の一部に大きな塑性ひずみが生じ、殆ど痕跡を残さずにしかも製品部の大きな変形を伴わずにホイール素材からサイドゲート部を除去することができる。従って、軽量かつ高強度の車両用ホイールの生産効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下本発明の詳細を添付図面により説明する。図１は本発明で使用される金型装置の断面図、図２はホイール素材の外観斜視図、図３は図２の要部を拡大した図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。
【０００８】
図１において、１は低圧鋳造用金型であり、ホイールデザインに応じた表面形状を有する下型１１、上型１２、これらと嵌合して成形キャビティ１４を形成する横型１３ａ、１３ｂと、下型１１を固定するベース１５ａと、上型１２を支持するベース１５ｂとを備えている。キャビティ１４は、ディスク部キャビティ１４ａ及びリム部キャビティ１４ｂを含み、各キャビティはゲート（湯口）を介して溶湯の供給部に連通している。すなわちリム部キャビティ１４ａ、１４ｂはサイドゲート１６ａ、１６ｂを介してこの溶湯保持炉（不図示）に連なるストーク１７ｂ、１７ｃに連通している。サイドゲート１６ａ、１６ｂは、ホイールの軸心を挟んで対称位置に存在するように配置されている。横型にはホイールのサイドゲート切り欠き部を形成するための突起部１８ａ、１８ｂが設けられている。また、上型にはディスク部キャビティ１４ａの溶湯を押し湯するための押し湯部１９が設けられている。
【０００９】
上記金型装置１によれば、次のようにして低圧鋳造が行われる。保持炉内の溶湯を加圧して、ストーク１７ａ、１７ｂを上昇した溶湯はサイドゲート１６ａ、１６ｂから成形キャビティ１４内に注入され、リム部キャビティ１４ｂに充填され、最後にディスク部キャビティ１４ａに充填される。所定時間経過後、加圧を解除することにより、ストーク１７ａ、１７ｂ内に残留する溶湯は保持炉内に戻される。キャビティ１４内に注入された溶湯は、インナーフランジ側（リム部キャビティ１４ｂの上端部）からリム中央に向かう指向性凝固が行われ、またスポーク部からディスク部中央側に向かって凝固が行われてディスク部２１が形成される。このような過程で凝固完了後、型開きを行い、図２に示す鋳造品（ホイール素材）が取り出される。
【００１０】
このホイール素材２０は、車軸（不図示）に取り付けられる円板状のディスク部２１とタイヤ（不図示）が装着されるリム部２２とリム部２２の上端面に形成されたインナーフランジ部２３とリム部２２の下端面に形成されたアウターフランジ部２４とリム部２２の外周面に形成されたサイドゲート部２６ａ、２６ｂからなり、リム部２２からサイドゲート部２５ａ、２５ｂを除去した後、例えばデザイン面２５の加工、気密検査、表面処理（塗装）を施されて製品に仕上げられる。サイドゲート部２６ａの端部全体が図３に破線で示すようにリム部２２外周まで伸びていると、端部２８、２８にサイドゲート部２６ａを除去した時に欠け残りが生じて、加工時に工具が破損し易くなるので、サイドゲート部は、図３に実線で示す形状とされる。またこのホイール素材２０には、サイドゲート部２６ａ、２６ｂにリム部２２の幅方向に沿って高さｈの切り欠き部２７ａ、２７ｂが設けられている（図３、図４には一方の切り欠き部２７ａのみを示す）。この切り欠き部２７ａはサイドゲート部２６ａの上端部から下端部に亘って直線状に形成されていることが好ましい。これは、図３に一点鎖線で示すように切り欠き部２７ａが非直線状（例えば途中で折れ曲がった形状）に形成されていると、サイドゲート部２６ａを除去する際にその中央部に図３に破線で囲まれた未除去部２９が発生し易く、旋盤加工時に切削工具が欠けるなどの不具合が生ずるからである。切り欠き部２７ａは、楔状の断面形状を有する食い込み部であり、小さな荷重で破断されるようにするためにリム部の近傍、例えばリム部外周面からの距離Ｘが１０ｍｍ以下になる位置に形成されていることが好ましい。切り欠き部２７ａは平面からみてサイドゲート部２６ａの一方の側に形成されてもよいが、小さな荷重で破断されるようにするためにサイドゲート部２６ａの両側に形成されていることが好ましい。また切り欠きを両側に形成したものでは切り欠き部２７ａ同士の先端の間隔Ｙは、広すぎると破断に必要な荷重が大きくなり、製品部に大きな歪みが発生するため、２０ｍｍ以下に設定することが好ましい。但し間隔（Ｙ）が狭すぎると注湯速度が低くなるので、１０ｍｍ以上とすることが望ましい。またサイドゲート部２６ａのリム側は狭くなっているが、その部分の長さＬ３は、短いと凝固速度が遅くなり、サイドゲート２６ａ中の鋳造欠陥がリム内に入る恐れがあり、長いと押し湯効果が不足して折損してしまうので１０〜２０ｍｍの範囲がよい。また上記のサイドゲートによれば、横型には、図４に示すように長さＬ１、Ｌ２の範囲にわたって抜け勾配を設け、横型を離型する際に金型かじりを防止するとともにサイドゲート内の引け巣が万一リム内に入ったとしても、この抜け勾配が設けられた部分で押しとどめることができる。この抜け勾配を設けた部分は最終的に旋盤加工で切削されるため、リム部２２の欠陥にはならず、製品部の健全性が維持される。これらから、工具（例えばハンマー）でサイドゲート部２６ａ、２６ｂに僅かな打撃を加えるだけで、サイドゲート部２６ａ、２６ｂはリム部２２から速やかに除去することができる。さらには、切り欠きの形状を直線的にするとリム部の中央ではサイドゲートの一部が突出して残留し、旋盤加工時に切削工具が跳ねる問題が出るが、この抜け勾配を設けることで切削工具に急激な応力変化をなくし、旋盤加工での不具合を解消できる。抜け勾配の角度は横型の可動方向に対して１５度〜３５度が好ましい。これらからサイドゲート部２６ａ、２６ｂは僅かな力でリム部２２から容易に除去されてリム部２２に歪みが殆ど発生しないので、従来の如くの歪み取り熱処理のような後処理が不要となり健全性の高いホイールを製造できる。特に１７インチ以上の大口径ホイールでは歪が発生しやすいため、本発明は効果的である。
【００１１】
ホイール素材２０をＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金で鋳造した場合を想定して｛但し、切り欠き部の深さ＝２ｍｍ、Ｘ＝１．５ｍｍ、Ｌ３＝１５ｍｍ、ｈ＝１３８ｍｍに設定｝、図５に示す解析モデルを用いてホイールに発生する塑性ひずみを算出した。すなわち図５に示すようにホイール素材２０を定盤３０上に戴置し、アウターフランジ２４を定盤３０に拘束し、サイドゲート部２６ａに図示矢印Ｓ方向から荷重を印加するという境界条件を設定して、ホイール素材２０に発生するひずみを算出した結果を図６に示す。比較のためにホイール素材２０に切り欠き部２７ａを設けない以外は上記と同様の条件でホイール素材２０に発生するひずみを算出した結果を図７に示す。これらのシミュレーションにおいては、ホイール素材２０に発生する塑性ひずみが１５％に到達した時に、サイドゲート部２６ａが破断されて、リム部２２から除去され得ると考えて限界塑性ひずみを１５％に設定したもので、図６においては、最外周の等ひずみ線とその内側の等ひずみ線との間の領域Ｓ０は３〜４．５％の塑性ひずみを示し、最内周の等ひずみ線の内側の領域Ｓｉは１３．５〜１５％の塑性ひずみを示す。また上記荷重を変化させた場合に、インナーフランジ２５の直径Ｄの変化を図８に示す。
【００１２】
図６から、本発明のホイール素材２０は、８０ＫＮの荷重で１５％の限界塑性ひずみに達し、切り欠き部２６ａのみに塑性ひずみが集中していることがわかる。図７から、切り欠き部２６ａの無いホイール素材２０は、１３０ＫＮの荷重で１５％の限界塑性ひずみに達し、サイドゲート部２５ａのみならずリム部２２にも及ぶ広範囲の塑性ひずみが発生していることがわかる。図８から、本発明のホイール素材２０は、サイドゲート部２５ａが８０ＫＮの荷重で破断させた場合のインナーフランジ２５の直径Ｄの変化量は０．３６ｍｍであり、切り欠き部２６ａの無いホイール素材２０のインナーフランジ２５の直径Ｄの変化量０．５１ｍｍと比較して３０％もの低減ができることがわかる。すなわち本発明のホイール素材２０は、切り欠き部２６ａの無いホイール素材２０に較べて４０％以上軽減された荷重で、限界塑性ひずみに到達し、しかも塑性ひずみが切り欠き部のみに集中しており、インナーフランジ部２３の変形が少なくできるため、従来の如くの歪み取り熱処理のような後処理を行わずに、製品化することが可能となる。
【実施例】
【００１３】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ  ＡＣ４ＣＨ材）の溶湯（約４５０℃）を図１に示す金型（約４５０℃）に注入し、所定の圧力（０．０４９〜０．０６３ＭＰａ）で鋳造することにより、図４に示すホイール素材２０を作製した。この場合、突起部からリム部外周面までの距離Ｘを０〜１５ｍｍ、幅Ｙを０〜２０ｍｍの範囲で変化させた。また、抜け勾配を２５度とし、サイドゲート部２６ａのリム側の狭くなる部分Ｌ３を１５ｍｍとした。
【００１４】
図５に示す荷重Ｓと同様の方向からホイール素材に荷重を加えることにより各ホイール素材からサイドゲートを除去した結果、距離Ｘが０〜１５ｍｍでかつ幅Ｙが１０〜１５ｍｍの場合にサイドゲート除去工数が大幅に短縮され、しかも鋳造欠陥（外観巣）も生じない正常な表面状態であることが確認された。これに対し、Ｘが１０ｍｍより長くかつ幅Ｙが１５ｍｍを越えた場合は、リム部外周面に大きな歪みが発生し、また切り欠け部を設けない場合も、リム部外周面に大きな歪みが発生することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明で使用される鋳造用金型装置の一例を示す断面図である。
【図２】ホイール素材の外観斜視図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図２のホイール素材の塑性ひずみ分布を算出するための解析モデルを示す斜視図である。
【図６】切り欠き部を有するホイール素材の塑性ひずみ分布を示す図である。
【図７】切り欠き部をもたないホイール素材の塑性ひずみ分布を示す図である。
【図８】ホイール素材のインナーフランジの直径変化を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１：低圧鋳造用金型、１１：下型、１２：上型、１３ａ、１３ｂ：横型、
１４：キャビティ、１４ａ：ディスク部キャビティ、
１４ｂ、１４ｃ：リム部キャビティ、１５ａ、１５ｂ：ベース、
１６ａ、１６ｂ：サイドゲート、１７ａ、１７ｂ：ストーク、１８ａ、１８ｂ：突起部、１９：押し湯部、２０：ホイール素材、２１：ディスク部２１、２２：リム部、
２３：インナーフランジ、２４：アウターフランジ、２５：デザイン面、
２６ａ、２６ｂ：サイドゲート部、２７ａ、２７ｂ：切り欠き部、２８：端部、
２９：未除去部、３０：定盤、３１：対称境界面
【図１】
2005046904.tif 000003
【図２】
2005046904.tif 000004
【図３】
2005046904.tif 000005
【図４】
2005046904.tif 000006
【図５】
2005046904.tif 000007
【図６】
2005046904.tif 000008
【図７】
2005046904.tif 000009
【図８】
2005046904.tif 000010